Самая высокая температура на планете — ниже абсолютного нуля. Почему?
Из курса физики вы, вероятно, помните, что самая низкая возможная температура — это «абсолютный» ноль градусов Кельвина (-273,15 градусов Цельсия). А как насчет самой горячей возможной температуры?
Для ответа на этот вопрос придётся немного разобраться в физике. В её терминах тепловая энергия больше похожа на усреднение случайных движений в системе, обычно среди атомов и молекул. Как форма энергии, тепло измеряется в единицах джоулей.
Температура же описывает передачу энергии от более горячих областей к более холодным. Обычно она описывается в виде шкалы в таких единицах, как Кельвин, Цельсий или Фаренгейт.
Абсолютный ноль — это температура, то есть мера относительной передачи тепловой энергии. Теоретически, он обозначает точку на температурной шкале, когда по законам термодинамики из системы больше не может быть извлечена тепловая энергия.
Согласно классической физике, максимально горячим пределом является температура Планка, равная 1,417^10³² Кельвина — или 141 миллиону миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов градусов. Это то, что люди часто называют «абсолютной температурой».
Но есть и другой способ взглянуть на тепло, который переворачивает весь вопрос о температуре с ног на голову. Помните, что тепловая энергия описывает среднее значение движения между частями системы. Достаточно небольшого процента частиц, хаотично летающих вокруг системы, чтобы считать ее «горячей».
Это то, что физики называют перевернутым распределением Максвелла-Больцмана, и, как ни странно, оно описывается значениями ниже абсолютного нуля.
В 2013 году физики из Университета Людвига-Максимилиана и Института квантовой оптики Макса Планка в Германии продемонстрировали на практике, что такое явление возможно. Для этого они использовали атомные газы в очень специфических условиях, установивших свои собственные верхние пределы энергии.
В результате была получена стабильная система частиц с таким количеством кинетической энергии, что ее невозможно было больше впихнуть. Единственный способ описать эту конкретную систему — использовать температурную шкалу, которая переходит в отрицательные кельвины, которая на несколько миллиардных долей градуса ниже абсолютного нуля.
Такое причудливое состояние теоретически могло поглощать тепловую энергию не только из более горячих, но и из более холодных пространств, превращая его в настоящего монстра экстремальных температур. Машина могла бы работать с эффективностью более 100 процентов, питаясь как от горячего, так и от холодного — то есть, напрочь игнорируя законы термодинамики.